Гели кремнезёма и опалов. Гиалиты. Роль кремнезема в организмах растений

Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ

КРЕМНЕЗЕМ. Гели кремнезёма

 

геолог Борис Полынов

 

Смотрите также:

 

КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ. Элювий...

 

Элювиальные коры выветривания...

 

Древняя кора выветривания ...

 

Борис Борисович Полынов. Геохимия ...

 

Полынов о Докучаеве

 

Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...

 

Почва и почвообразование

 

Почвоведение. Типы почв

почвы

 

Химия почвы

 

Биология почвы

 

Круговорот атомов в природе

 

Книги Докучаева

докучаев

 

Криогенез почв  

 

Биогеоценология

 

Геология

геология

Основы геологии

 

Геолог Ферсман

 

Черви и почвообразование

 

 Дождевые черви

 

Вернадский. Биосфера

биосфера

 

Геохимия - химия земли

 

Гидрогеохимия. Химия воды

 

Минералогия

минералы

 

Происхождение растений

 

Биология

 

Эволюция биосферы

 

Геоботаника

  

Общая биология

общая биология

 

Мейен - Из истории растительных династий

 

Биографии биологов, почвоведов

 

Эволюция

 

Пособие по биологии

 

§ 24. Достигая, как мы уже видели, в коре выветривания необычайно широкого распространения, растворенный кремнезем в дальнейшем испытывает весьма разнообразную судьбу: часть его выпадает из раствора в форме гелей и коагелей, значительная же часть захватывается организмами как суши, так и моря. Вынадение кремнезема из раствора, в зависимости от условий, совершается или в виде сплошных желеобразных студней (из концентрированных растворов), или в форме то более крупных, то мелких хлопьев, дающих иногда при высыхании порошкообразные массы. В некоторых же случаях (например, при действии на золь сульфатов щелочей) он выпадает в форме твердого, имеющего вид мелкокристаллического, осадка, который, однако, не реагирует на поляризованный свет.

 

Повидимому, и в природе мы имеем все эти случаи: при постройке Симплоиского тоннеля, во время углубления в толщу гнейса, в 300 м от Итальянского выхода тоннеля, в одной из трещин был обнаружен влажный желатинообразный гель кремнезема, в котором находились мелкие кристаллы кварца." Подобные же находки,, свежих" гелей кремнезема, масса которых легко режется ножом, указываются и для других мест: Режбания, Червеница в Венгрии, Шампиньи (Деп. Сены) во Франции и др.

 

Неизмеримо более распространены случаи нахождения затвердевших масс гелей кремнезема, известных минералогам под названием опалов и полуопалов (гиалиты, благородные опалы, гидрофаны, огненные опалы, менилиты и пр.).

 

Их как бы застывшие натечные массы, пленки, облекающие поверхность камней, формы заполнения различных полостей, массы, пропитывающие пористые тела и древесную ткань, — ясно указывают на их происхождение.

 

Одни из них (гиалиты) обладают необыкновенной чистотой своего состава и почти не содержат никаких примесей, представляя чистые разности коллоидального кремнезема с неопределенным содержанием воды — SiOanHaO, в других же обнаруживаются примеси различных оснований и полуторных окислов. Очень важно отметить то обстоятельство, что из оснований особенно часто и в большом количестве присутствует Mg. Магнезиальные опалы выделяются даже в особую группу м е н и л и т о в, некоторые представители которой содержат до 10% и выше MgO. Выделяется также особая группа глинозем- и железосодержащих опалов, в составе которых сумма полуторных окислов нередко также превышает 10%.

 

Все эти особенности состава различных опалов, которые нередко объясняются минералогами как более или менее случайные загрязнения", в действительности вполне закономерны и естественно вытекают из коллоидальных свойств кремнезема. В самом деле, мы уже указали, что золь кремнезема в условиях коры выветривания является по преимуществу отрицательным коллоидом, отсюда вытекают его свойства поглощать из растворов катионы и при известной степени поглощения коагулировать. Это свойство поглощения сохраняет до известного момента и гель, который подвергается действию того или иного раствора.

 

Отсюда очевидно и происхождение оснований в составе опалов. Если же принять во внимание известные нам случаи коагуляции кремнезема без поглощения металлических катионов (например, из кислых растворов) или быть может правильнее с поглощенным водородом, то становятся понятными и случаи чистых разностей опала (гиалиты). Поглощенные катионы, как известно, могут при действии различных растворов взаимно вытеснять друг друга, но нам известно, что поглощенный магний обладает наиболее прочной связью и, вытесняется значительно труднее, нежели другие катионы и в этом случае мы опять-таки находим объяснение широкому распространению магнезиальных опалов и относительно высокому содержанию в составе опалов именно магния. Наконец, эксперименты, проведенные в некоторых последних работах, установили, что защитное действие золя кремнезема на золи полуторных окислоз находит себе место при известных количественных соотношениях их, когда же эти отношения достигают известного предела, при котором величины противоположных зарядов этих золей взаимно погашаются, золи коагулируют и образуют сложный коагель. Очевидно, что предел этот должен быть различным для различных растворов. Отсюда получают свое объяснение опалы с различным содержанием полуторных окислов.

 

Опал — затвердевший гель с неопределенным содержанием воды — представляет собой типичную промежуточную форму вадозного минерала. Он медленно теряет свою воду и постепенно переходит в кристаллическое состояние — халцедон, так часто своими внешними формами подчеркивающий свое коллоидальное происхождение, и кварц (вторичный).

 

Это последнее состояние кремнезема в коре выветривания представляет такую же устойчивую форму, как и первичный'(ювенильный) кварц.

 

Кристаллизация природных минеральных гелей и, как следствие ее, наличие в коре выветривания, обычно в более глубоких горизонтах ее („зона векового выветривания") кристаллических аналогов поверхностных коллоидов — факты, давно отмеченные Корню3 и получившие от него уже свою оценку. Наиболее яркую демонстрацию этих отношений дают наиболее простые соединения (опал—вторичный кварц, коллоидальная гидроокись алюминия — гидраргилиг, гидротроилит,—марказит и др.) Не так ясно обстоит дело с более сложными коагелями и абсорбционными системами.

 

Так, например, в абсорбционной системе: кремнезем и поглощенный им катион, между поглотителем и поглощенным не может быть простых стехиометрических отношений, ибо в поглощении, как известно, участвуют не все молекулы коллоидальной мицеллы, а лишь поверхностные. Очевидно, что такая система не может целиком перейти в один кристаллический индивидуум. Но мы имеем основание полагать, что она может все же кристаллизоваться, давая или аггре- гаты нескольких отдельных стехиометрических соединений, или кристаллические тела более сложного строения типа изоморфных смесей и твердых растворов. В частности, для магнезиальных опалов мы имеем отдельные указания на частичный переход их в настоящие магнезиальные силикаты типа сепиол ит а3. Подобное же допущение можно сделать и относительно коагелей кремнезема с полуторными окислами, по к этим вопросам мы вернемся несколько позже.

 

Вышеизложенное описание свойств гелей кремнезема и опалов дает быть может некоторое основание предполагать, что все это относится лишь к сравнительно редким явлениям в коре выветривания — к минералам, которые как многие описываемые минералогами, встречаются лишь в определенных пунктах—„месторождениях" и, представляя собой своего рода „редкости", собираемые в музеях, не характеризуют общих широко распространенных и характерных для коры выветривания процессов. В данном случае, однако, такое заключение оказалось бы глубоко ошибочным.

 

Опалы определенных месторождений, опалы, как объекты минералогического изучения, интересуют нас именно потому, что они наглядно в демонстративной форме выявляют перед нами широкораспространенные и типичные для коры выветривания процессы. Кроме этих наглядно сформированных объектов, пригодных для выставки в минералогических коллекциях, в природе существует бесконечное множество подобных образований различной величины и формы, не приуроченных к отдельным „месторождениям", но охватывающих в своем распространении обширные области коры выветривания.

 

Иначе, понятно, и не может быть, и если мы вспомним, что кремнезем находится во всех вадозных водах, если мы прибавим к этому, что просачивающиеся сквозь толщу наносов и осадков его растворы выделяют громадные количества гелей Si02nH20, которые являются цементом в кластических породах и превращают кварцевые пески в кварцевые песчаники, где первичные кварцы часто связаны между собой вторичным, образовавшимся вследствие кристаллизации гелей кремнезема; если мы прибавим к этому, что подобного рода цементация кремнеземом охватывает нередко и другие кластические осадки и даже органические остатки („окаменелое" дерево), то широкая роль вадозных форм кремнезема станет несомненной для нас.

 

Мы видим, что эти формы не только связаны с определенными месторождениями, но часто представляют собой „породообразующие" минералы. Такое же значение имеют для нас и остальные, описываемые в последующем изложении минералы.

 

Выпадение геля кремнезема из раствора и образование твердых опалов являются первыми фазами на пути к переходу кремнезема в ту инертную форму, в которой они уходит из зоны выветривания — в форму вторичного кварца.

 

Значительно многообразнее судьба кремнезема поглощенного или из растворов, или, как мы уже видели, непосредственно из силикатов, организмами. Это поглощение уже имеет место при корневом питании высших растений, когда кремнезем поглащается из растворов, циркулирующих в почвах и породах. Значительное количество поступающего таким образом в организмы растений кремнезема доказывается высоким содержанием его в золе растений. У некоторых групп высших растений его содержание достигает 3—4% от всей массы сухого вещества и более 40% от [массы зольных веществ. Известно, что еще Либих разделил культурные растения на группы: 1) калийных, 2) известковых и 3) кремнеземных— по содержанию этих элементов в золе растений, причем к последней группе причислил хлебные злаки, солома которых показывает особенно высокое содержание кремнезема.

 

Роль кремнезема в организмах растений остается далеко еще не выясненной.

 

Обычно ему приписывали более или менее пассивную роль: защиту от растительных паразитов, которая выполняется окремнением клеточной оболочки эпидермиса, механическую устойчивость стеблей и т. п. Однако в последнее время выясняется значение его в более сложных и существенных физиологических процессах. Особенно крупное значение обнаружили работы, показавшие громадную роль кремнезема в усвоении растениями фосфорной кислоты, а в самое последнее время еще более знаменательную роль в образовании крахмала. Немалая роль принадлежит, повидимому, кремнезему и в организмах животных, где он, как и у растений, обнаруживается не только в оболочках, но и в живой плазме клеток. Несомненно, что роль кремнезема в живых организмах гораздо более значительна, чем она известна в настоящее время, и исключение кремния из группы органогенов, быть может, не совсем правильно.

 

Кроме корневого питания, значительные массы кремнезема захватываются низшими растениями и различными формами животных организмов для построения своих кремне- .вых скелетов. С кремнеземом, растворенным в речных водах, происходит тот же процесс, который был уже отмечен нами для СаС03, т. е. в морской воде его содержание быстро уменьшается, так как и он поглащается здесь многочисленными организмами, потребляющими его для постройки своих панцырей и скелетов.

 

В то время к&к в речной воде <96 его содержание составляет от 10 до 50уо от всех растворенных веществ, п воде океанов и морей его количество не препышает сотых долей растворенных солей.1 Организмы, за- х натыпающие его, принадлежат преимущественно к груп- пам диатомовых водорослей или „кремневок", к некоторым представителям простейших животных (радиолярии с кремневыми скелетами) и животных из кишечнополостных (стеклянные, каменные, кремнероговые губки). Кремневый ил, отлагаемый этими организмами в переживаемую нами геологическую эпоху, охватывает обширные области в пределах Антарктического моря и северной (субполярной) части Тихого океана. Но эти формы организации кремнезема, при которой он идет на построение панцырей и скелетов, свойственны в широких размерах и суше.

 

 И здесь она совершается преимущественно диатомеями, имеющими своих многочисленных представителей, приспособленных к жизни в различных условиях. Помимо постоянных водоемов озерного типа, они получают широкое развитие и в небольших периодических скоплениях воды, и в последнее время у почвоведов все больше и больше скопляется фактов об участии диатомей в формировании „солодей" и даже подзолистых почв.

 

Историко-геологическими следами такой аккумуляции кремнезема являются в осадочных и метаморфических породах: трепелы (инфузорная земля), некоторые кварциты и яшмы. Трепелы представляют скопления неизмененных или малоизмененных скелетов преимущественно диатомовых, а известная категория кварцитов и яшм является уже продуктами перекристаллизации скоплений кремневых скелетов по уже известной нам схеме (опал — халцедон — кварц).

 

Таким образом, кремнезем, принимая активное участие в тех превращениях материи, которые совершаются в пределах живого вещества, и принимая там различные, во многом еще неизвестные нам формы, покидая живые организмы и переходя в формы опалов и вторичного кварца, этим самым как бы выключается из цикла, свойственного коре выветривания, и вступает в фазы уже более крупного цикла земной коры.

 

 

 

К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания

 

 

Последние добавления:

 

Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы

 

Значение воды

 

Онежское озеро   Криогенез почв  

 

 Почвоведение - биология почвы

 

Происхождение и эволюция растений 

 

Биографии ботаников, биологов, медиков